JPH0464497B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は射出成形機の制御方法、特にスクリユ
の制御方法に関する。

〔背景技術〕

一般に、インラインスクリユ式射出成形機は、
後部に成形材料を供給するホツパを配した加熱筒
を備え、この加熱筒に進退及び回転が制御される
スクリユを内挿して構成する。そして、計量工程
ではスクリユを回転させてスクリユ前方に溶融樹
脂材料を蓄積するとともに、射出工程ではスクリ
ユを前進させて金型への射出充填を行う。このた
め、射出速度や射出圧力（保圧圧力）等を正確に
制御することは、高精度、高品質、かつ安定した
成形品を確保する上で極めて重要となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、このようなインラインスクリユ式射
出成形機は次のような問題点がある。

まず、成形材料に起因する問題である。

第４図に示すように、スクリユ６１を内挿した
加熱筒６２には、スクリユ６１の軸方向に対し垂
直方向に形成した材料供給路（ホツパ）６３から
成形材料Ｗが供給される。この場合、成形材料Ｗ
として固定材料（ペレツト）、特にアクリル樹脂、
ポリカーボネイト樹脂、ガラス入り樹脂等のよう
に硬質材料であつて、しかも、スクリユ６１の溝
部６１ｄの深さが成形材料Ｗの大きさに比べて浅
い場合には、スクリユ６１の前進時（矢印Ａ方
向）に、材料供給路６３の下端エツジ６４とスク
リユ６１の山部６１ｈによつて溝部６１ｄに存在
する固形材料が剪断され、スクリユ６１に対して
抵抗力が発生する。

また、計量終了後のスクリユ回転方向の停止位
置、即ち、射出開始位置は成形サイクル毎にも異
なるため、結局、この場合にも成形材料Ｗの配列
状態、密度、数量等に違いを生じ、スクリユ６１
に対する抵抗力発生位置がシヨツト毎にバラつい
てしまう。この状態を第３図及び第５図を用いて
説明する。第３図中Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で示す点線
は、従来の射出成形機における射出工程の時間対
射出圧力の代表的実測値を三回分示したものであ
る。これにより明らかなように、射出圧力の波形
は三回とも大きくバラついている。なお、このと
きの条件は直径19mmのスクリユによりPMMA樹
脂（メタクリル樹脂）を成形した。一方、第５図
は一定の射出速度でパージング射出、即ち、ノズ
ルタツチ後に計量し、この後射出ノズルを後退さ
せて射出するいわゆる空打ちを行つたときの射出
圧力の連続する三回分の実測値を示す。これより
明らかなように、空打ち時には各シヨツト毎に数
回の山形波形が記録されるが、山と山の間隔はほ
ぼ等しく規則的である。即ち、S1a≒S1b≒S2a
≒S2b≒S3aとなる。山形波形から算出される圧
力を射出圧力へ換算すれば50〜200Kgにも達し、
射出力が３トン以下の小型射出成形機では無視で
きない大きな値となる。

一方、射出成形機側に起因する問題がある。即
ち、金型キヤビテイ内部における樹脂圧力を直接
検出できれば理想的であるが、現実には技術的に
も困難を伴うため、通常は圧力センサを駆動部側
に配設している。例えば、油圧式射出成形機の場
合には、射出シリンダ内の油圧を液圧センサ等の
圧力センサにより検出し、また、電動式射出成形
機の場合には、スクリユの反力をロードセル等の
圧力センサによつて検出している。そして、圧力
センサからの検出信号（検出値）と射出圧力（保
圧圧力）の設定値が一致するようにクローズドル
ープによる制御を行つている。

しかし、このような圧力検出方法ではスクリユ
６１の前方に存在する溶融樹脂材料の圧力に加
え、前述した材料供給路６３付近の成形材料Ｗに
基づく抵抗をも検出してしまう。結局、当該抵抗
のバラつきは直接的に圧力センサの検出値に影響
し、クローズドループ制御にも拘わらず、本来検
出すべき溶融樹脂の圧力を正確に検出できず、高
品質で高精度、かつ安定した成形品を得ることが
できない問題があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述した問題点を解決した射出成形機
の制御方法の提供を目的とするもので、以下に示
す制御方法によつて達成される。

即ち、本発明に係る射出成形機の制御方法は、
特に、インラインスクリユ式射出成形機に適用
し、射出開始位置におけるスクリユ２の山部（溝
部）の位置（回転方向位置）Ｍを加熱筒３に対し
同一位置となるように成形サイクル毎に制御する
ことを特徴としている。この場合、計量終了時
に、スクリユ２を進退方向に固定するとともに、
スクリユ２を計量時の回転方向に対し逆方向へ回
転させ、スクリユ２の回転角度の実測値と予め設
計した設定値を一致させるように制御するか又
は、計量工程中にスクリユが進退方向の所定位置
に達し、かつスクリユ回転角度の実測値が設定値
に達したらスクリユの回転を停止して計量工程を
終了するように制御する。また、必要により、射
出時においてスクリユ２を、計量時の回転方向に
対し逆方向へ所定速度で回転させる制御を併用す
ることができる。

〔作用〕

次に、本発明の作用について説明する。

本発明に係る制御方法は、射出開始位置におけ
るスクリユ２の山部の位置Ｍが成形サイクル毎に
同一となるため、射出工程における射出圧力の波
形パターンが各成形サイクル毎にほぼ同じとな
る。よつて、成形材料がスクリユ２の前進に伴つ
て剪断される際の抵抗は、各成形サイクル毎にバ
ラつきがなくなり、成形の均一化が図れる。

〔実施例〕

以下には本発明に係る好適な実施例を図面に基
づき詳細に説明する。

まず、本発明方法を実施できるインラインスク
リユ式射出成形機の原理構成について第１図を参
照して説明する。同図は射出成形機における射出
装置の模式的ブロツク回路図を示す。

３は加熱筒であり、前端に射出ノズル１２を備
えるとともに、後部上端に成形材料を加熱筒３内
へ供給するホツパ１３を備える。加熱筒３にはス
クリユ２を内挿する。スクリユ２の後端はスクリ
ユ回転軸１４に結合し、さらにスクリユ回転軸１
４はベースブロツク１５の前端に回転自在連結す
る。また、ベースブロツク１５とスクリユ回転軸
１４間には射出圧力を検出するロードセル１６を
介設する。そして、ロードセル１６の検出情報は
中央制御部２２へ付与する。なお、中央制御部２
２はCPU、RAM、ROM等から構成するマイク
ロコンピユータ機能を備える制御装置である。一
方、スクリユ回転軸１４には被動ギア１７を設
け、タイミングベルト１８を介して計量用サーボ
モータ１９のシヤフトに設けた駆動ギア２０に接
続する。中央制御部２２にはモータ制御部２１を
介して当該サーボモータ１９を駆動制御する。ま
た、サーボモータ１９にはタコメータジエネレー
タ２３を付設し、同モータ１９の回転速度を検出
することによつてクローズドループによる速度制
御を行う。さらにまた、スクリユ回転軸１４には
回転軸ギア２４を設け、このギア２４はタイミン
グベルト２７を介してスクリユ回転角度を検出す
るアブソリユートエンコーダ２５のシヤフトに設
けたエンコーダギア２６に接続する。そして、同
エンコーダ２５の検出情報は比較器２８に付与
し、スクリユ回転角度設定器２９において予め設
定された回転角度の設定値と比較し、そのエラー
情報を中央制御部２２に付与する。

他方、ベースブロツク１５の後端にはボールネ
ジ機構３０を介して進退駆動軸３１を連結する。
進退駆動軸３１は正逆回転により、ベースブロツ
ク１５を軸方向へ進退移動できる。進退駆動軸３
１の後端には被動ギア３２を設け、タイミングベ
ルト３３を介して射出用サーボモータ３４のシヤ
フトに設けた駆動ギア３５接続する。中央制御部
２２はモータ制御部３６を介してサーボモータ３
４を駆動制御する。また、サーボモータ３４には
パルスエンコーダ３７を付設し、スクリユ位置及
び射出速度の検出情報を中央制御部２２へ付与す
る。

次に、本発明に係る射出成形機の制御方法を含
む成形工程について説明する。

まず、計量工程では中央制御部２２から計量指
令信号及び計量値信号をモータ制御回路２１へ付
与し、計量用サーボモータ１９を正回転駆動して
計量を行う。

計量が終了すると、中央制御部２２は射出用サ
ーボモータ３４にロツク指令を付与し、スクリユ
２を進退方向に固定する。一方、アブソリユート
エンコーダ２５からはスクリユ２の回転角度が検
出される。検出された実測値は比較器２８に付与
され、スクリユ回転角設定器２９の設定値と比較
してそのエラー情報が中央制御部２２に付与され
る。この結果、中央制御部２２はモータ制御回路
２１に計量時の回転方向に対し逆方向に回転指令
を与え、当該エラー情報が零になるまで計量用サ
ーボモータ１９を駆動制御する。以上の制御は成
形サイクル毎に行う。よつて、射出開始位置にお
けるスクリユ２の山部（溝部）の位置（回転方向
位置）を加熱筒３に対して同一とすることがで
き、成形サイクル毎に一致させることができる。
即ち、第２図のように、ホツパ１３と平面から見
た場合、ホツパ１３に現れるスクリユ２の山部２
ｈの位置Ｍが少なくとも加熱筒３の前後方向所定
位置Ｈに対して一致するように制御する。なお、
仮想線２ｓは山部２ｈが本来の制御すべき位置か
らズレている場合を示している。

一方、同様の制御を計量中に行うこともでき
る。即ち、計量工程において、スクリユ２の位置
が計量設定値になつたら、スクリユ２の回転速度
を低速に制御し、この後、スクリユ回転角度の実
測値が設定値に一致したなら、スクリユ２の回転
を停止して計量工程を終了させればよい。この場
合、スクリユ回転角度を一致させる都合上計量終
了時のスクリユ位置にわずかではあるがバラツキ
を生じる。しかし、これは保圧切換をスクリユ位
置によつて行なう射出制御方法の場合には計量終
了後のスクリユ位置を検出し、この検出結果によ
つて計量誤差の補正値を演算することにより、保
圧切換位置の設定値を自動補正すればよい。

また、スクリユ回転角度の設定値は射出ストロ
ークエンド或はその近傍において成形材料がスク
リユ２の山部と材料供給路の下端エツジとの間に
挟まれない値がより望ましい。このため、材料供
給路に近接スイツチ等を配設し、射出ストローク
エンド時にスクリユ２の山部の位置を検出すると
ともに、スクリユ２のピツチから自動演算してス
クリユ回転角度の設定値を与えればよい。

一方、以上の工程が終了すると射出工程へ移行
する。射出工程においては金型（不図示）の型閉
終了に基づいて中央制御部２２から射出指令信号
及ひ射出速度指令信号をモータ制御回路３６へ付
与する。これにより、射出用サーボモータ３４が
回転しスクリユ２を前進せしめ、射出充填が行わ
れる。

なお、この際、中央制御部２２は計量用サーボ
モータ１９を駆動し、スクリユ２を計量時の回転
方向に対し逆方向へ回転させることが望ましい。
これにより、射出工程でのスクリユ２は設定速度
で前進すると同時に、設定された所定速度で逆回
転する。この場合、スクリユ回転角度を常に設定
値に一致させるように制御すれば、スクリユ２の
前進に対してスクリユ２の山部の軸方向における
見掛上の移動を停止（又は著しく小さくすること
が）できる。

一方、スクリユ２が保圧切換位置まで移動する
と保圧制御が行われ、所定時間が経過すると、各
サーボモータ１９，３４の各制御信号がOFFと
なり、射出工程は全て終了する。

第３図中Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で示す実線は本発明
に係る制御方法を用いた射出工程における時間対
射出圧力の実測値を示す。前述した従来例の実測
値を示すR1〜R3の対比から明らかなように、バ
ラつきはほとんどなく、また、射出圧力の絶対値
が全体に減少し、大幅な改善効果を得た。

以上、実施例について詳細に説明したが、本発
明はこのような実施例に限定されるものでない。
例えば、実施例ではスクリユ回転角度を検出する
手段としてアブソリユートエンコーダを利用した
が、その他、リミツトスイツチ、近接スイツチ、
インクリメンタルエンコーダ等を利用してもよ
い。また、電動式射出成形機の場合を示したが、
射出圧力の検出を射出シリンダ内の油圧を油圧セ
ンサにより検出して制御が行われる油圧式射出成
形機であつても勿論よい。その他、構成、手法等
において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意
に変更実施できる。

〔発明の効果〕

このように、本発明に係る射出成形機の制御方
法は、射出開始位置におけるスクリユの山部（溝
部）の位置を加熱筒に対し同一位置となるように
成形サイクル毎に制御するようにしたため、次の
ような効果を得る。

成形材料がスクリユと材料供給路（ホツパ）
に挟まれて剪断される影響が各サイクル毎に同
じとなり、成形品質の均一化と安定化を図れ
る。また射出保圧制御を高精度に行えるため、
高品質の成形品を得ることができる。

成形材料に基づくスクリユと加熱筒内壁間の
抵抗に対し、成形サイクル毎のバラつきを小さ
くできるため、油圧センサあるいはロードセル
による間接的圧力検出方法でも、キヤビテイ内
部の樹脂圧力と略一致する正確で高精度の圧力
検出を行うことができる。

射出時において、スクリユを逆転させる制御
を併用すれば、理想的な超精密成形、超高品質
成形を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図：本発明に係る制御方法を実施できる射
出成形機における射出装置の模式的ブロツク回路
図、第２図：同射出装置におけるホツパ付近を模
式的に示す平面図、第３図：本発明方法によつて
制御した射出工程における時間対射出圧力の実測
図、第４図：背景技術の問題点を説明する射出装
置におけるホツパ付近の縦断面図、第５図：背景
技術の問題点説明用の射出装置を空打ちした際の
射出圧力の実測図。 尚図面中、２：スクリユ、３：加熱筒、Ｈ：加
熱筒の所定位置、Ｍ：山部の位置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インラインスクリユ式射出成形機の制御方法
   において、射出開始位置におけるスクリユの山部
   （溝部）の位置（回転方向位置）を加熱筒に対し
   同一位置となるように成形サイクル毎に制御する
   ことを特徴とする射出成形機の制御方法。 ２ 計量終了後に、スクリユを進退方向に固定す
   るとともに、スクリユを計量時の回転方向に対し
   逆方向へ回転させ、スクリユの回転角度の実測値
   と予め設定した設定値を一致させるように制御す
   ることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の
   制御方法。 ３ 計量工程中に、スクリユが所定位置に達し、
   かつスクリユの回転角度の実測値が予め設定した
   設定値に達したらスクリユの回転を停止して計量
   工程を終了するように制御することを特徴とする
   請求項１記載の射出成形機の制御方法。 ４ インラインスクリユ式射出成形機の制御方法
   において、射出開始位置におけるスクリユの山部
   （溝部）の位置（回転方向位置）を加熱筒に対し
   同一位置となるように成形サイクル毎に制御する
   とともに、射出時に、スクリユを計量時の回転方
   向に対し逆方向へ所定速度で回転させることを特
   徴とする射出成形機の制御方法。